Nghiên cứu thực nghiệm áp dụng phương pháp tương quan điểm ảnh (DIC) trong đo đạc chuyển vị của dầm bê tông cốt thép làm việc chịu uốn

Nội dung của bài viết trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng phương pháp DIC để khảo sát chuyển vị của kết cấu dầm bê tông (BT) và dầm bê tông cốt thép (BTCT) chịu uốn. Các giá trị chuyển vị xác định bằng phương pháp DIC được so sánh với kết quả đo trực tiếp bằng dụng cụ đo chuyển vị điện tử (LVDTs).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thực nghiệm áp dụng phương pháp tương quan điểm ảnh (DIC) trong đo đạc chuyển vị của dầm bê tông cốt thép làm việc chịu uốn Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2021, 15 (5V): 157–168 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG QUAN ĐIỂM ẢNH (DIC) TRONG ĐO ĐẠC CHUYỂN VỊ CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP LÀM VIỆC CHỊU UỐN Nguyễn Văn Quanga,∗, Nguyễn Trung Hiếua , Lê Phước Lànha , Nguyễn Thị Thu Hiềna a Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 30/07/2021, Sửa xong 14/09/2021, Chấp nhận đăng 15/09/2021 Tóm tắt Phương pháp tương quan điểm ảnh (DIC) là phương pháp quang học, sử dụng máy ảnh kỹ thuật số ghi lại những thay đổi trên bề mặt mẫu thí nghiệm trước và sau khi biến dạng. Từ việc theo dõi và so sánh vị trí của các pixcel có thể tính toán ra các thông số biến dạng và chuyển vị của mẫu thí nghiệm. Nội dung của bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng phương pháp DIC để khảo sát chuyển vị của kết cấu dầm bê tông (BT) và dầm bê tông cốt thép (BTCT) chịu uốn. Các giá trị chuyển vị xác định bằng phương pháp DIC được so sánh với kết quả đo trực tiếp bằng dụng cụ đo chuyển vị điện tử (LVDTs). Kết quả thu được cho thấy khi đo trên mẫu dầm BT và dầm BTCT thì chênh lệch của hai phép đo lần lượt bằng 14% và 8%. Những kết quả này cho thấy hoàn toàn có thể sử dụng phương pháp DIC cho việc đo đạc chuyển vị của kết cấu BTCT đặc biệt trong các trường hợp đo đạc tại hiện trường khi mà phương pháp đo chuyển vị truyền thống không đáp ứng được. Từ khoá: dầm BTCT; chuyển vị; DIC; LVDT; độ võng. EXPERIMENTAL RESEARCH APPLICATION DIGITAL IMAGE CORRELATION (DIC) METHOD TO MEASURE DISPLACEMENT OF REINFORCED CONCRETE BEAMS Abstract Digital image correlation (DIC) is an optical method that uses a digital camera to record changes in the surface of a test specimen before and after deformation. From tracking and comparing the positions of the pixels, it is possible to calculate the deformation and displacement parameters of the test sample. The content of the article presents the results of experimental research applying the DIC method to survey the displacement of concrete beams and reinforced concrete beams under bending. Displacement values determined by the DIC method are compared with those measured directly by electronic displacement measuring instruments (LVDTs). The obtained results show that when measuring on concrete beams and reinforced concrete beams, the errors of the two measurements are 14% and 8%, respectively. These results show that it is possible to use the DIC method for measuring displacement. position of the reinforced concrete structure, especially in the case of field measurements when traditional displacement measurement methods are not suitable. Keywords: reinforced concrete beams; digital image correlation (DIC); displacement; LVDT; deflection https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2021-15(5V)-13 © 2021 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) 1. Đặt vấn đề Trong kết cấu công trình, việc đo đạc các giá trị chuyển vị, biến dạng trên kết cấu là một trong những công cụ để định tính, định lượng các thông số đặc trưng cho độ cứng, độ bền, trạng thái ứng ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: quangnv@nuce.edu.vn (Quang, N. V.) 157 Quang, N. V., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng suất của kết cấu và vật liệu sử dụng. Từ các giá trị đó có thể đánh giá các ứng xử làm việc thực tế của kết cấu công trình. Để đo đạc biến dạng, chuyển vị của kết cấu công trình, thường sử dụng các dụng cụ như phiến điện trở, đồng hồ đo chuyển vị cơ (Indicator), dụng cụ đo chuyển vị cảm biến vi sai LVDT (Linear Variable Differential Transformer). Các dụng cụ đo này được sử dụng phổ biến do nhiều ưu điểm như độ tin cậy cao, trực quan, dễ dàng thu thập và xử lý số liệu. Tuy nhiên nhược điểm chính của các thiết bị này chỉ đo được các giá trị điểm cục bộ tại những vị trí gắn dụng cụ đo, do đó cần số lượng thiết bị đo lớn, chi phí khá đắt đỏ, đồng thời dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ. Gần đây, với sự phát triển bùng nổ về công nghệ trên thiết bị ghi hình, đặc biệt sự cải thiện đáng kể về chất lượng hình ảnh và tốc độ ghi hình trên giây, dẫn đến có thể áp dụng phương pháp ghi hình trong việc khảo sát biến dạng và chuyển vị của kết cấu công trình. Một trong những phương pháp nổi bật, được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và áp dụng rộng rãi hiện này là phương pháp tương quan điểm ảnh DIC. Phương pháp này sử dụng máy ảnh kỹ thuật số, ghi lại các hình ảnh của mẫu trước và sau khi biến dạng, sau đó so sánh sự dịch chuyển giữa các pixcel có thể tính toán ra các giá trị biến dạng và chuyển vị. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là không cần lắp đặt trực tiếp thiết bị đo trên mẫu thí nghiệm, đồng thời có thể ghi lại biến dạng, chuyển vị trên cả một vùng khảo sát, lắp đặt đo đạc dễ dàng và ít bị ảnh hưởng bởi các tác động thời tiết bên ngoài. Phương pháp sử dụng thiết bị ghi hình để xác định giá trị chuyển vị và biến dạng được nghiên cứu từ khá lâu, được công bố chính thức lần đầu tiên vào năm 1985 bởi Chu và cs. [1], tuy nhiên do công nghệ ghi hình chưa phát triển nên các nghiên cứu này chỉ đưa ra các thuật toán trên lý thuyết. Thời gian sau đó, phương pháp này được nghiên cứu, phát triển bởi nhóm nghiên cứu của Goldrein và cs. [2], Zhang và cs. [3] với các tên gọi khác nhau như CASI, DSCM [4]. Hiện nay các nhà khoa học đều đồng ý sử dụng tên gọi DIC (Digital Image Correlation) cho phương pháp sử dụng thiết bị quang học để xác định chuyển vị và biến dạng trên mặt phẳng với các điểm ảnh ngẫu nhiên [5]. Phương pháp này được áp dụng khá nhiều trong việc đo đạc các giá trị biến dạng ...